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C++中的容器

news 来源：原创 2025/5/19 7:37:15

一、序列容器（Sequence Containers）

存储元素的线性序列，支持按顺序访问。

vector
- 特点：动态数组，支持快速随机访问（O(1)），尾部插入/删除高效（O(1)），中间插入/删除效率低（O(n)）。
- 应用场景：
  - 需要动态调整大小（如读取未知数量的数据）。
  - 频繁随机访问元素（如数组式操作）。
  - 示例：存储实时传感器数据、实现动态列表。
list
- 特点：双向链表，任意位置插入/删除高效（O(1)），不支持随机访问（需遍历，O(n)）。
- 应用场景：
  - 频繁在中间插入/删除元素（如实现LRU缓存）。
  - 需要合并、拆分链表的高效操作。
  - 示例：任务调度队列、需要频繁修改的中间数据。
deque（双端队列）
- 特点：类似vector，但支持高效的头尾插入/删除（O(1)），内存分段存储。
- 应用场景：
  - 需要两端操作（如队列或滑动窗口）。
  - 示例：实现消息队列、实时数据缓冲区。
array（C++11）
- 特点：固定大小的数组，比内置数组更安全（支持迭代器和STL算法）。
- 应用场景：
  - 已知固定大小的数据存储（如存储配置参数）。
  - 需要高性能且无需动态扩容的场景。
forward_list（C++11）
- 特点：单向链表，仅支持前向遍历，比list更省内存，但功能更少。
- 应用场景：
  - 内存敏感的场景（如嵌入式系统）。
  - 只需单向遍历且频繁插入/删除（如哈希表的链式存储）。

二、关联容器（Associative Containers）

基于键（Key）有序存储，支持快速查找（通常用红黑树实现）。

set
- 特点：唯一键的有序集合，自动排序，查找复杂度为 O(log n)。
- 应用场景：
  - 需要去重且有序的数据（如存储用户ID）。
  - 示例：黑名单过滤、有序事件集合。
multiset
- 特点：允许重复键的有序集合，其他与set相同。
- 应用场景：需要有序但允许重复键的场景（如统计得分排名）。
map
- 特点：键值对的有序集合，键唯一，自动排序。
- 应用场景：
  - 字典式数据（如配置文件键值对）。
  - 示例：存储学生ID到姓名的映射。
multimap
- 特点：允许重复键的有序键值对集合。
- 应用场景：
  - 一键多值的映射（如日志按时间戳分类）。

三、无序关联容器（Unordered Associative Containers）

基于哈希表实现，键无序但查找更快（平均 O(1)）。

unordered_set
- 特点：唯一键的无序集合，依赖哈希函数。
- 应用场景：
  - 快速去重且无需顺序（如缓存快速查找）。
  - 示例：URL去重、实时数据过滤。
unordered_multiset
- 特点：允许重复键的无序集合。
- 应用场景：统计高频数据（如词频统计）。
unordered_map
- 特点：键值对的无序集合，键唯一。
- 应用场景：
  - 快速键值查找（如数据库索引）。
  - 示例：用户会话存储、缓存系统。
unordered_multimap
- 特点：允许重复键的无序键值对集合。
- 应用场景：一键多值的快速存储（如IP地址到多个端口的映射）。

四、容器适配器（Container Adapters）

基于其他容器实现的特定数据结构接口。

stack（栈）
- 底层容器：默认deque，也可用vector或list。
- 特点：后进先出（LIFO）。
- 应用场景：函数调用栈、撤销操作（Undo）。
queue（队列）
- 底层容器：默认deque，也可用list。
- 特点：先进先出（FIFO）。
- 应用场景：任务队列、消息传递。
priority_queue（堆）
- 底层容器：默认vector，基于堆实现。
- 特点：元素按优先级出队（最高优先级先出）。
- 应用场景：任务调度（如操作系统进程调度）、实时数据处理。